混凝土工程应用新技术丛书混凝土渗裂性能与改善技术

李悦，北京工业大学，教授，1999年博士毕业于武汉理工大学材料学院2001年博士后毕业于同济大学材料学院2001年至今北京工业大学建工学院工作

目 录

序

前言

第一篇 混凝土开裂原理及改善方法

第 1 章 混凝土开裂原理及改善方法概述 3

1.1 研究意义 3

1.2 国内外研究现状 4

第 2 章 水泥基材料水化硬化过程及微观结构研究 17

2.1 水泥浆体水化硬化过程的交流阻抗研究 18

2.2 水泥浆体微观孔结构的研究 21

2.3 X 射线衍射定量物相分析研究 27

第 3 章 水泥基材料抗裂性能研究 28

3.1 试验材料 28

3.2 水泥砂浆物理力学性能研究 28

3.3 水泥基材料受限浆体开裂敏感性研究 31

3.4 水泥基材料轴向拉伸性能研究 34

3.5 水泥基材料抗拉强度和断裂面三维总面积关系 38

第 4 章 材料组成对水泥混凝土开裂的影响 44

4.1 材料组成对水泥净浆受限收缩开裂的影响 44

4.2 材料组成因素对混凝土抗裂性能的影响 52

4.3 常用外加剂对混凝土抗裂性能影响的试验研究 59

第 5 章 温度变化导致混凝土开裂的温度应力理论模拟研究 70

5.1 理论依据 70

5.2 不同因素对混凝土温度效应影响的数值算例 73

5.3 结果分析 75

第 6 章 湿度变化导致的水泥基材料收缩开裂研究 81

6.1 不同养护条件下水泥基材料收缩性能的试验研究 81

6.2 不同养护条件下水泥基材料内部相对湿度的研究 84

6.3 内部环境湿度变化对水泥基材料微观收缩及开裂的影响 89

第 7 章 荷载作用下水泥基材料开裂过程的新型检测方法 95

7.1 水泥基材料的开裂过程的交流阻抗研究 95

7.2 水泥基材料开裂过程的超声波脉冲法研究 98

第 8 章 荷载作用下二次衬砌混凝土结构的开裂研究 101

8.1 二次衬砌模型的制作 101

8.2 二次衬砌结构模型的有限元分析 115

参考文献 123

第二篇 混凝土渗透原理及改善方法

第 9 章 混凝土渗透原理及改善方法概述 131

9.1 硫酸盐作用下混凝土的渗透性研究现状 132

9.2 混凝土中氯离子的传输与破坏 134

9.3 氯盐环境下混凝土中钢筋锈蚀原理、检测方法与研究现状 139

9.4 现状与不足 146

第 10 章 氯离子在混凝土中的渗透性研究 147

10.1 氯离子渗透性试验 147

10.2 混凝土渗透性与孔结构关系的研究 152

第 11 章 硫酸盐在混凝土中的渗透性研究 157

11.1 试验方案设计 157

11.2 试验结果及分析 159

第 12 章 多因素耦合作用下混凝土中钢筋锈蚀的试验研究 164

12.1 试验材料及试验配合比 164

12.2 试验方案 165

12.3 氯盐和荷载耦合作用下混凝土中钢筋锈蚀研究 168

12.4 硫酸盐和荷载耦合作用下混凝土中钢筋锈蚀研究 174

12.5 不同浸泡状态下混凝土中钢筋锈蚀的研究 184

12.6 疲劳荷载作用下混凝土中钢筋锈蚀的研究 187

12.7 钢筋锈蚀膨胀时的应力应变 191

第 13 章 锈蚀钢筋混凝土构件承载力评估 199

13.1 锈蚀钢筋混凝土构件的破坏模式 199

13.2 锈蚀开裂前钢筋混凝土构件承载力评估 200

13.3 锈蚀开裂后钢筋混凝土构件承载力评估 202

第 14 章 地下工程钢筋混凝土结构寿命预测模型 208

14.1 多因素作用下钢筋混凝土中氯离子扩散模型的建立 208

14.2 不同裂缝控制等级时构件的寿命预测 217

参考文献 226

第三篇 混凝土防护修补材料与高性能混凝土工程实践

第 15 章 修补防护材料与方法简介 231

15.1 混凝土裂缝修补技术 231

15.2 混凝土裂缝修补材料 233

15.3 环氧树脂灌浆材料 234

15.4 聚合物改性水泥砂浆 235

第 16 章 环氧灌浆材料的制备与性能研究 240

16.1 试验原材料 240

16.2 环氧灌浆材料的制备 241

16.3 环氧树脂灌浆材料性能测试方法 241

16.4 裂缝修补灌浆材料的性能研究 242

第 17 章 裂缝修补材料灌注带缝混凝土的强度试验研究 248

17.1 带缝混凝土试件制备 248

17.2 模拟灌浆 248

17.3 试验测试方法 250

17.4 结果分析 250

第 18 章 裂缝修补材料灌注带缝混凝土的灌注饱和度检测 254

18.1 灌浆修补效果的渗水试验检测 254

18.2 灌浆修补效果的超声波检测 255

18.3 渗水试验结果及分析 258

第 19 章 聚合物修补砂浆的制备与性能研究 261

19.1 修补砂浆制备 261

19.2 修补砂浆的工作性 267

19.3 修补砂浆的抗压强度和抗折强度 268

19.4 修补砂浆的劈裂抗拉强度 269

19.5 修补砂浆的轴向拉伸性能 270

19.6 修补砂浆的黏结性能 271

19.7 修补砂浆的收缩性能 272

第 20 章 修补砂浆在混凝土构件中的应用研究 274

20.1 试验原材料及配比 274

20.2 修补厚度对修补效果的影响 274

20.3 修补界面方位对黏结强度的影响 280

20.4 错台结构修补试验 282

第 21 章 水泥基渗透结晶材料的研制 285

21.1 CCCW 防水机理简介 285

21.2 试验方法 286

21.3 活性物质的优化试验研究 287

21.4 CCCW 配方优化试验 290

21.5 CCCW 性能测试 294

21.6 自修复性能试验 298

第 22 章 受损钢筋混凝土的修补及其耐久性 299

22.1 试验过程 299

22.2 试验结果及分析 302

22.3 修补方法的改进建议 306

第 23 章 抗渗裂高性能混凝土工程实践 307

23.1 混凝土关键性能对材料组成的要求 307

23.2 低温升抗裂大体积混凝土 309

23.3 外包钢管的 C30 抗裂混凝土 316

23.4 C80 高抛自密实微膨胀钢管混凝土 320

参考文献 325

本书总结了作者近年来对混凝土基体开裂与渗透、钢筋锈蚀、混凝土防护与修补及高性能混凝土工程实践等方面的研 究内容，共包括三篇：篇介绍了混凝土开裂原理及改善方法；第二篇介绍了混凝土渗透原理及改善方法；第三篇介绍 了混凝土防护修补材料与高性能混凝土工程实践。

本书可供混凝土结构设计单位、混凝土施工单位、混凝土原材料供应企业、混凝土搅拌站、监理单位、政府建设管理 部门的科研、技术与管理人员，以及高等院校的师生参考使用。

《混凝土工程应用新技术丛书 混凝土矿物掺合料》本书在总结大量国内外科研成果、生产与工程应用经验的基础上，全面、系统地论述粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰、天然沸石粉、偏高岭土、石粉及其他品种矿物掺合料的来源、制备、组成（化学组成、矿物组成、颗粒组成）、性能特点、技术标准、在混凝土中的作用功效和作用机理、在不同类型混凝土中的应用技术及工程应用实例等；深入分析它们在混凝土应用中存在的突出问题及其原因，从制备到应用提出相应的预防措施。最后，从组成、结构、作用功效、性能指标、应用范围等多个层面比较各种矿物掺合料的差异，为合理选用矿物掺合料提供理论依据。

本书可供混凝土设计单位、混凝土原材料供应企业、混凝土搅拌站、施工单位、监理单位、检测与建筑质量管理机构、政府建设管理部门的科研、技术与管理人员，以及高等院校的教师、本科生、研究生参考，也可作为高等院校研究生、本科生课程教材使用。

前言

第1章　概论 1

1.1　混凝土矿物掺合料的定义及分类 2

1.1.1　定义 2

1.1.2　分类 2

1.2　矿物掺合料在混凝土中的作用机理与功效 3

1.2.1　矿物掺合料在混凝土中的作用机理 3

1.2.2　矿物掺合料在混凝土中的功效 5

1.3　矿物掺合料在混凝土中的应用历史 6

1.4　矿物掺合料在混凝土中的应用现状 8

1.5　混凝土矿物掺合料应用技术存在的问题与发展趋势 8

1.5.1　存在的问题 8

1.5.2　发展趋势 11

1.6　混凝土矿物掺合料的相关技术标准和技术规程 13

参考文献 14

第2章　粉煤灰 15

2.1　概述 15

2.2　粉煤灰的形成与分类 16

2.2.1　粉煤灰的形成 16

2.2.2　粉煤灰的分类 16

2.3　粉煤灰的组成及其对性质的影响 18

2.3.1　粉煤灰的化学组成及其对性质的影响 18

2.3.2　粉煤灰的矿物组成及其对性质的影响 21

2.3.3　粉煤灰的颗粒组成与颗粒形貌及其对性质的影响 24

2.4　粉煤灰的理化性质 28

2.4.1　外观和颜色 28

2.4.2　近似密度与堆积密度 28

2.4.3　细度 28

2.4.4　需水量比 30

2.4.5　烧失量 31

2.4.6　活性指数 32

2.4.7　体积安定性 33

2.4.8　干缩变形 33

2.4.9　含水率 34

2.4.10　均匀性 34

2.4.11　其他性质 34

2.5　用于混凝土的粉煤灰有关技术标准 35

2.6　粉煤灰对混凝土性能的影响 36

2.6.1　显著改善新拌混凝土的工作性能 36

2.6.2　延缓混凝土的凝结时间 37

2.6.3　显著降低混凝土的水化热 37

2.6.4　有利于后期强度增长 38

2.6.5　对混凝土体积稳定性有较好的益化作用 38

2.6.6　对混凝土的耐久性多有正面影响 38

2.7　粉煤灰在混凝土中的作用机理 42

2.7.1　形态效应 42

2.7.2　活性效应 42

2.7.3　微集料效应 43

2.8　提高粉煤灰品质的技术途径 43

2.9　粉煤灰在混凝土中的应用技术 44

2.9.1　不同等级粉煤灰在混凝土中的应用范围 44

2.9.2　粉煤灰在混凝土中的掺用方法与掺量 44

2.9.3　粉煤灰混凝土工程应用实例 46

2.9.4　常见问题解析 50

参考文献 52

第3章　磨细矿渣粉 54

3.1　磨细矿渣粉的来源与加工制备 54

3.1.1　磨细矿渣粉的来源 54

3.1.2　磨细矿渣粉的制备工艺 55

3.1.3　磨细矿渣粉的储存、包装和运输 55

3.2　磨细矿渣粉的组成及其对性质的影响 55

3.2.1　磨细矿渣粉的化学组成及其对性质的影响 55

3.2.2　磨细矿渣粉的矿物组成及其对性质的影响 57

3.2.3　磨细矿渣粉的颗粒组成与颗粒形貌 59

3.3　磨细矿渣粉的理化特性 60

3.3.1　外观与颜色 60

3.3.2　密度 60

3.3.3　比表面积 60

3.3.4　需水量 61

3.3.5　活性指数 62

3.3.6　含水量 62

3.3.7　烧失量 62

3.3.8　放射性 62

3.4　磨细矿渣粉在混凝土中的作用机理及其对混凝土性能的影响 63

3.4.1　磨细矿渣粉在混凝土中的作用机理 63

3.4.2　磨细矿渣粉对混凝土性能的影响 64

3.5　混凝土用磨细矿渣粉的质量等级与技术要求 68

3.5.1　混凝土用磨细矿渣粉的质量等级和有关技术标准 68

3.5.2　提高磨细矿渣粉品质的技术途径 69

3.6　磨细矿渣粉在混凝土中的应用与常见问题解析 72

3.6.1　磨细矿渣粉在混凝土中的应用 72

3.6.2　常见问题解析 72

3.6.3　磨细矿渣粉混凝土的工程应用实例 73

参考文献 78

第4章　硅灰 80

4.1　硅灰的生成与加工制备 81

4.1.1　硅灰的生成 81

4.1.2　硅灰的加工、储存与运输 82

4.2　硅灰的组成及其对性质的影响 83

4.2.1　硅灰的化学组成 83

4.2.2　硅灰的矿物组成 84

4.2.3　硅灰的颗粒组成与颗粒形貌 84

4.3　硅灰的理化特性 85

4.4　硅灰在混凝土中的作用机理及其对混凝土性能的影响 89

4.4.1　硅灰在混凝土中的作用机理 89

4.4.2　硅灰对混凝土性能的影响 90

4.5　混凝土用硅灰的技术标准 95

4.6　硅灰在混凝土中的应用与常见问题解析 96

4.6.1　硅灰在混凝土中的应用范围 96

4.6.2　硅灰在混凝土中的适宜掺量与掺加方法 96

4.6.3　硅灰在混凝土中应用时常见问题解析 97

4.6.4　硅灰混凝土工程应用实例 98

参考文献 101

第5章　天然沸石粉 103

5.1　天然沸石粉的来源与加工制备 103

5.1.1　天然沸石粉的来源 103

5.1.2　天然沸石粉的加工制备 104

5.1.3　混凝土用天然沸石粉的质量等级及其技术要求 104

5.1.4　天然沸石粉的储存、包装和运输 105

5.2　天然沸石粉的组成及其对性质的影响 105

5.2.1　天然沸石粉的化学组成及其对性质的影响 105

5.2.2　天然沸石粉的矿物组成及其对性质的影响 106

5.2.3　天然沸石粉的颗粒组成与颗粒形貌及其对性质的影响 107

5.3　天然沸石粉的理化特性 108

5.3.1　外观与颜色 108

5.3.2　密度和堆积密度 108

5.3.3　细度 109

5.3.4　需水量比 109

5.3.5　活性指数 109

5.3.6　吸铵值 110

5.4　天然沸石粉在混凝土中的作用机理 110

5.5　天然沸石粉对混凝土性能的影响 111

5.6　天然沸石粉在混凝土中的应用与常见问题解析 115

5.6.1　天然沸石粉在混凝土中的应用范围与掺量 115

5.6.2　天然沸石粉在混凝土中的掺用方法以及施工技术 116

5.6.3　天然沸石粉的经济效益 117

5.6.4　天然沸石粉混凝土的工程应用实例 117

5.6.5　天然沸石粉应用时常见问题解析 118

参考文献 119

第6章　偏高岭土 121

6.1　概述 121

6.2　偏高岭土的来源与加工制备 122

6.2.1　偏高岭土的来源 122

6.2.2　偏高岭土的加工制备 123

6.2.3　偏高岭土粉的储存、包装和运输 125

6.3　偏高岭土的组成及其结构特征 125

6.4　偏高岭土的理化特性 127

6.5　偏高岭土在混凝土中的作用机理 129

6.6　偏高岭土对混凝土性能的影响 130

6.7　偏高岭土在混凝土中的应用与常见问题解析 136

6.7.1　偏高岭土相较于其他火山灰材料所具备的优点 136

6.7.2　偏高岭土在混凝土中的应用范围与掺量 136

6.7.3　偏高岭土粉在混凝土中的掺用方法和施工技术 138

6.7.4　偏高岭土混凝土的工程应用实例与常见问题解析 138

参考文献 141

第7章　石粉 143

7.1　石灰石粉 144

7.1.1　石灰石粉的组成及其对性质的影响 145

7.1.2　石灰石粉的理化特性 146

7.1.3　石灰石粉在混凝土中的作用机理以及对混凝土性能的影响 147

7.1.4　石灰石粉在混凝土中的应用与常见问题解析 152

7.2　其他石粉 154

7.2.1　大理石粉、花岗石粉的化学组成 155

7.2.2　大理石粉、花岗石粉的矿物组成 155

7.2.3　大理石粉、花岗石粉的物理性质 155

7.2.4　大理石粉、花岗石粉对混凝土性能的影响 156

7.2.5　大理石粉、花岗石粉在混凝土中的应用与常见问题解析 160

参考文献 160

第8章　其他品种矿物掺合料 163

8.1　钢渣粉 163

8.1.1　钢渣的来源、类型与加工制备 164

8.1.2　钢渣粉的组成及其对性质的影响 166

8.1.3　钢渣粉的理化特性 169

8.1.4　钢渣粉在混凝土中的作用机理以及对混凝土性能的影响 171

8.1.5　钢渣粉在混凝土中的应用与常见问题解析 174

8.2　磷渣粉 178

8.2.1　磷渣粉的来源与加工制备 180

8.2.2　磷渣粉的组成及其对性质的影响 180

8.2.3　磷渣粉的理化特性 182

8.2.4　用于混凝土的磷渣粉的品质要求与质量等级 183

8.2.5　磷渣粉在混凝土中的作用机理 184

8.2.6　磷渣粉对混凝土性能的影响 185

8.2.7　磷渣粉在混凝土中的应用与常见问题解析 188

参考文献 189

第9章　不同矿物掺合料的特性与差异 192

9.1　不同矿物掺合料的化学组成比较 192

9.1.1　化学成分对矿物掺合料活性的影响 193

9.1.2　矿物掺合料的来源对其活性的影响 195

9.2　不同矿物掺合料的矿物组成及其结构特征比较 195

9.3　不同矿物掺合料的颗粒组成与颗粒形貌比较 196

9.4　不同矿物掺合料在混凝土中的作用功效比较 198

9.5　不同矿物掺合料在混凝土中的作用机理比较 199

9.6　不同矿物掺合料的性能指标比较 199

9.7　不同矿物掺合料的应用范围比较 201

参考文献 2022100433B